一种离网光伏制氢系统的容量优化方法技术方案

本发明专利技术为一种离网光伏制氢系统的容量优化方法，首先构建离网光伏制氢系统各组成部分的数学模型，包括光伏阵列

【技术实现步骤摘要】
一种离网光伏制氢系统的容量优化方法


[0001]本专利技术属于光储能消纳及可再生能源制氢
，具体涉及到一种离网光伏制氢系统的容量优化方法
。

技术介绍

[0002]随着光伏发电技术的发展，我国的光伏装机总容量不断提升，已达世界前列，大量的光伏发电为减少碳排放提供了有效的解决途径，但高容量的装机同样也带来了许多复杂的问题，光伏发电较大的不确定性给光伏发电并网带来了很大的困难，光伏发电的弃光现象突出，光伏发电得不到充分利用，因此，目前需要一种新的途径来满足光伏发电消纳及降低碳排放的需要
。
近年来，离网系统的提出为光伏发电消纳提供了一种新的解决方案，离网系统不依赖电网，不受地域的限制，可以实现光伏发电的就地消纳
。
氢能作为一种清洁能源，可与离网光伏发电系统耦合，使用光伏设备产生的电能为电解水制氢提供能源，而氢气的生产及使用过程中，产生的副产物只有水，是一种完全的清洁能源，因此，将离网光伏系统和电解水技术结合使用，能够实现光伏发电消纳以及降低碳排放量
。
[0003]虽然离网光伏制氢系统因其光伏发电消纳率更高
、
碳排放量低
、
应用前景广阔，而越来越受到重视，但是离网光伏制氢系统依旧存在很多问题
。
例如，电解槽状态受光伏发电和储能电池电量等因素影响，目前，离网制氢系统容量优化方法多采用简单的电解槽启停模型，由于光照资源及负荷需求具有很强的偶然性与随机性，因此采用简单的电解槽启停模型并不能精确地反映电解槽的实际运行过程，导致整个系统的容量配置过高，设备冗余不能被充分利用，从而导致整个系统的制氢成本增加
。
电解槽在实际工作过程中分为冷启动和热启动，两种启动方式所需时间不同，故会影响系统的制氢产量，而现有的容量优化方法中电解槽一般采用冷启动方式，启动时间长，缩短了电解槽工作时间，导致系统的制氢产量降低
。
因此，本专利技术提出一种离网光伏制氢系统的容量优化方法
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种离网光伏制氢系统的容量优化方法
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种离网光伏制氢系统的容量优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]步骤一：构建离网光伏制氢系统各组成部分的数学模型，包括光伏阵列
、
储能电池组
、
电解槽阵列及储氢罐阵列的数学模型；
[0008]步骤二：建立不同模式下的电解槽阵列动态运行模型；
[0009]停机模式下的电解槽阵列动态运行模型为：
[0010][0011]式中：
Y(t)、Y(t
‑
1)
为
t、t
‑1时刻电解槽阵列的状态，
I
表示电解槽阵列处于停机状态，
S
表示电解槽阵列处于待机状态，
L
表示电解槽阵列处于正常运行状态，
SOC(t)
为
t
时刻储能电池组的荷电状态，
λ
为使电解槽阵列启动的储能电池组荷电状态阈值，
P
e,wt
为电解槽阵列待机功率，
P
pv
(t)
为
t
时刻光伏发电功率，
P
e,min
为电解槽阵列最小运行功率；
[0012]待机模式下的电解槽阵列动态运行模型为：
[0013][0014]式中：
DOD
为储能电池组最大放电深度；
[0015]运行模式下的电解槽阵列动态运行模型为：
[0016][0017]电解槽阵列状态和光伏发电功率不同，储能电池组充放电功率也不同，储能电池组充放电功率表示为：
[0018][0019]式中：
P
b
(t)
为
t
时刻储能电池组充放电功率，
P
e,norm
为电解槽阵列额定功率；
[0020]步骤三，设计容量优化的目标函数和约束条件；
[0021]目标函数表示为：
[0022][0023]式中，为系统年度总氢气产量，
F(t)
为
t
时刻系统的氢气产量，
k
为系统年度总制氢时长，
Q(t)
为惩罚函数，
C
为系统的年度总成本；
[0024]目标函数的约束条件包括设备数量约束和储能电池组荷电状态和充
、
放电功率约束；
[0025]步骤四：对蜜獾算法进行改进，利用改进的蜜獾算法对目标函数进行求解，得到离网光伏制氢系统的容量优化结果
。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027]1.
本专利技术的容量优化方法在现有的光伏发电
、
储能电池组
、
电解槽阵列
、
储氢罐阵列数学模型的基础上，针对光伏发电的波动性
、
不确定性以及系统制氢成本较高的问题，在容量优化中根据电解槽阵列的状态
、
光伏发电功率
、
储能电池组电量制定系统的能量管理策略，构建了电解槽阵列动态运行模型，当光伏发电功率出现波动时，可以使电解槽阵列处于待机状态，保证系统稳定运行的同时减少了电解槽从停机到运行过程中的启动时间，还
避免了电解槽反复启停导致电解槽寿命下降的问题
。
[0028]2.
电解槽冷启动为从停机状态切换到正常运行状态，热启动为从待机状态切换到正常运行状态，电解槽冷启动和热启动所需时间不同，不同启动方式会影响系统的制氢产量，因此在电解槽模型和电解槽动态运行模型中考虑了电解槽的冷启动和热启动，同时在容量优化的目标函数中引入惩罚函数，有利于提高系统的制氢产量，同时降低单位制氢成本
。
[0029]3.
使用改进的蜜獾算法求解目标函数，对系统中的设备数量进行优化，实现最优的容量配置，避免设备冗余，降低了系统的单位制氢成本，同时具有更快的求解速度
。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的离网光伏制氢系统的结构示意图；
[0031]图2是本专利技术的整体流程图；
[0032]图3是使用改进的蜜獾算法进行优化求解的流程图
。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明，但并不以此限定本申请的保护范围
。
[0034]本专利技术是一种离网光伏制氢系统的容量优化方法，具体包括如下步骤：
[0035]步骤一：离网光伏制氢系统主要由光伏阵列
、
储能电池组
、
电解槽阵列和储氢罐阵列组成；分别建立离网光伏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种离网光伏制氢系统的容量优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构建离网光伏制氢系统各组成部分的数学模型，包括光伏阵列
、
储能电池组
、
电解槽阵列及储氢罐阵列的数学模型；步骤二：建立不同模式下的电解槽阵列动态运行模型；停机模式下的电解槽阵列动态运行模型为：式中：
Y(t)、Y(t
‑
1)
为
t、t
‑1时刻电解槽阵列的状态，
I
表示电解槽阵列处于停机状态，
S
表示电解槽阵列处于待机状态，
L
表示电解槽阵列处于正常运行状态，
SOC(t)
为
t
时刻储能电池组的荷电状态，
λ
为使电解槽阵列启动的储能电池组荷电状态阈值，
P
e,wt
为电解槽阵列待机功率，
P
pv
(t)
为
t
时刻光伏发电功率，
P
e,min
为电解槽阵列最小运行功率；待机模式下的电解槽阵列动态运行模型为：式中：
DOD
为储能电池组最大放电深度；运行模式下的电解槽阵列动态运行模型为：电解槽阵列状态和光伏发电功率不同，储能电池组充放电功率也不同，储能电池组充放电功率表示为：式中：
P
b
(t)
为
t
时刻储能电池组充放电功率，
P
e,norm
为电解槽阵列额定功率；步骤三，设计容量优化的目标函数和约束条件；目标函数表示为：式中，为系统年度总氢气产量，
F(t)
为
t
时刻系统的氢气产量，
k
为系统年度总制氢时长，
Q(t)
为惩罚函数，
C
为系统的年度总成本；目标函数的约束条件包括设备数量约束和储能电池组荷电状态和充
、
放电功率约束；
步骤四：对蜜獾算法进行改进，利用改进的蜜獾算法对目标函数进行求解，得到离网光伏制氢系统的容量优化结果
。2.
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：董砚，马红灿，刘斌，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：